O artigo explica um projeto de circuito de termômetro digital que funciona sem bateria. Em vez de uma bateria, o circuito utiliza uma pequena célula solar e opera derivando energia da luz ambiente disponível das fontes de luz circundantes.
Isso permite que o circuito seja extremamente compacto, leve, versátil e sem complicações ao medir temperaturas de uma determinada fonte.
O termômetro pode ser usado para medir a temperatura de um corpo humano, temperatura de uma sala, dissipador de calor, para análise do clima ou qualquer outra aplicação adequada que exija medições críticas de temperatura entre 0 graus e 100 graus Celsius.
Conceito básico de trabalho
Referindo-se ao diagrama de circuito abaixo, o IC1 funciona como um dispositivo sensor de temperatura. Este IC é um chip LM35 popular que produz uma saída DC linearmente crescente em resposta a um aumento proporcional da temperatura ambiente ao seu redor. Para ser preciso, ele gera uma saída CC a uma taxa de 10 mV por grau Celsius de aumento na temperatura do gabinete.
O LM35 possui um circuito calibrado embutido, que permite produzir 0 V a 0 °C.
Além deste IC, o outro elemento principal deste termômetro alimentado por luz é o circuito integrado ICL7136 (ICI) que internamente é composto por um estágio de voltímetro digital, um deslocador decimal e uma interface de saída LCD que opera um dígito de 3 e 1/2 Painel LCD para leitura de temperatura.
Este IC também possui um oscilador interno que funciona com uma frequência de clock mínima, o que garante que todo o módulo seja capaz de funcionar com o mínimo de energia, mas sem qualquer cintilação no display.
A calibração da leitura de temperatura do circuito é realizada ajustando o P1 pré-ajustado adequadamente.
Como funciona o circuito
O diodo D1 e o resistor R11 garantem que o LM35 torne a tensão negativa em resposta a um ambiente inferior a 0 °C.
Os LEDs D1 e D2 aqui não funcionam como LEDs indicadores normais, e sim como geradores de tensão de referência para obter uma referência constante de 1,6 V razoavelmente precisa, que requer apenas alguns uAmps para essa funcionalidade. Embora os diodos zener padrão sejam mais precisos com seu potencial de referência, os diodos zener exigem uma corrente direta muito maior em comparação com os LEDs e, portanto, os zeners foram evitados para esta aplicação.
O IC3, juntamente com os componentes associados, funciona como um estágio de monitoramento de tensão para o fornecimento de células solares.
O amplificador operacional desliga o estágio do circuito do termômetro principal através do transistor T2 sempre que a tensão de saída da célula solar cai abaixo de 0,7 V.
Esse recurso garante que os estágios IC1, IC2 não funcionem mal durante uma tensão tão baixa e produzam leituras de temperatura com erros.
Para funcionar corretamente o LM35 necessita de uma tensão de alimentação mínima de 5,5 V, enquanto para o IC2 o potencial mínimo de referência necessário é de 7 V para seu funcionamento normal.
Trabalhando com baixa luz ambiente
Op amp IC3 é manipulado como um Schmitt -trigger de tal forma que funciona com um nível de histerese de 1V. Ou seja, a saída do IC ligará quando a tensão da célula solar for 8 V e desligará quando cair abaixo de 7 V.
O limite de 7 V do interruptor ON é ajustado com precisão usando o P2 predefinido.
O circuito que compreende IC1, IC2 é capaz de funcionar normalmente dentro de uma faixa de corrente de 10 a 200 microamps. Quando a fonte de luz na célula solar é insuficiente e sua corrente cai, o IC3 desliga a energia para IC1/IC2, que remove a carga na célula solar e sua tensão aumenta para 8 V. Esses 8 V são armazenados no capacitor C6. O IC3 detecta isso e liga a energia do circuito para que o termômetro agora funcione usando essa energia armazenada. Quando C6 descarrega abaixo do limite de 7 V, IC3 novamente corta a alimentação do circuito através de T2.
O funcionamento do IC3 acima é realmente muito útil em situações em que a luz ambiente é baixa ou cai a um nível em que a célula solar é incapaz de gerar energia suficiente para o termômetro para seu funcionamento normal. Em tais condições, o IC3 liga/desliga a energia da célula solar de forma que o usuário possa verificar a temperatura no modo ligado/desligado, mas definitivamente sem erro. Isso permite que o termômetro continue funcionando perfeitamente mesmo em condições de pouca luz ambiente, em vez de desligar completamente.
O nível de histerese (1 V) pode ser alterado de acordo com a preferência do usuário alterando o valor do resistor R7
O valor do capacitor C6 determina o quão rápido o ON/OFF acontece para IC3/T2 em condições de pouca luz. A diminuição do valor de C6 fará com que o display ON/OFF seja mais rápido e vice-versa.
Construção e configuração
O design PB para o termômetro alimentado por luz pode ser visualizado na imagem a seguir.
A montagem do PCB é fácil, mas o módulo LCD deve ser manuseado com cuidado ao inseri-lo no PCB, pois o dispositivo é bastante delicado e vulnerável a quebras.
Certifique-se de não esquecer as conexões de um par de fios no PCB. Não instale inicialmente o IC2 LM35 no PCB para permitir a introdução de +1.000 V nos terminais Vout e GND do LM35. Antes disso, certifique-se de ajustar P1 para que o display leia 100 °C. Feito isso, remova a célula solar ou a alimentação externa, se houver, e agora fixe o IC2 na placa de circuito impresso.
Célula solar
A célula solar pode ser qualquer mini ou micro célula solar combinada para produzir 9 V, a 10 mA.
Se você não deseja usar uma célula solar ou energia de luz, em vez de uma bateria normal, você pode substituir a fonte de alimentação por uma bateria PP3 comum de 9 V que provavelmente durará muito tempo devido ao consumo extremamente baixo do design.
AVISO: O termômetro digital movido a luz proposto não deve ser usado como termômetro clínico, a menos que o circuito seja verificado e confirmado por um laboratório autorizado.
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